新工科背景下电气类专业的智能电网课程群建设改革＊

马艺玮，严 冬，邹 密，纪 静，唐贤伦

（重庆邮电大学自动化学院，重庆 400065）

在新一轮科技革命蓬勃发展、产业转型升级不断推进的新形势下，新工科建设不仅是应对以新技术、新产业与新业态为特征的新经济挑战而提出的一项新型工程教育改革计划，也是引领中国高等教育创新变革的有力抓手和重要举措。在此背景下，中国高等院校工学学科新增设一批针对新兴产业、以互联网和工业智能为核心的新兴工科专业，其中“智能电网信息工程”专业就是依据国家能源发展战略，紧密结合国家智能电网建设之急需而开设的一门新兴电气类工科专业[1]。

自2017-02以来，教育部先后发布多项关于新工科研究与实践项目的通知，极大促进了重庆邮电大学等中国高等工科院校电气工程类专业的新工科专业课程研究建设与实践。迄今，重庆邮电大学已开设2个电气工程类本科专业：开设于2004年的“电气工程及其自动化”专业和开设于2012年的“智能电网信息工程”专业。经过多年的发展建设，这2个电气专业已取得较为丰富的课程教学成果与实践经验[2-4]。然而，由于智能电网的各种新型特色专业课程是关于电力行业领域中的一些新型前沿科学技术理论知识，尤其“新能源发电与并网技术”“微电网技术”“智能电网技术”“智能配用电技术”“智能变电站”“智能电网信息技术”“智能电网先进传感技术”和“物联网应用技术”等一系列的新兴特色专业课程，不仅适用于智能电网信息工程专业，也适用于电气工程及其自动化专业。这些专业特色课程不仅具有知识面广、学科交叉性大、新兴前沿技术多、综合性强等典型特征，同时又具有理论和实践联系密切、工程实用性强的显著特点，这都导致了智能电网专业课程教学面临着理论抽象、概念繁多、内容庞杂、理论实践结合难、多学科交叉学习难、分析运算复杂繁重等一系列突出难题。这对于“智能电网信息工程”和“电气工程及其自动化”的专业培养方案目标和课程教学设置等都带来了一些突出问题，急需对智能电网课程群建设进行深入、系统性的探讨改革。

本文根据笔者多年在微电网技术和智能电网技术等先进理论技术研究、电气工程专业课程教学实践的基础上，结合当前国内外智能电网技术的研究发展现状，分析了智能电网课程群建设中普遍存在的突出问题，探讨提出了基于项目导向的课程群建设思路、基于技术方向的课程群体系重构、基于新发展理念的课程群教学安排等智能电网课程群建设改革措施。

1 课程群建设问题分析

在当前中国电力产业转型升级和智能电网开发建设的新形势下，国内高校电气类工科专业课程都已普遍增补智能电网方面的课程理论知识。由于智能电网是融合涵盖电气工程、能源技术、控制技术、信息通信、计算机科学等多种学科而发展的一门新兴交叉学科专业技术，而且目前智能电网技术的研究开发在全世界仍处于初期阶段，这都导致国内高校电气专业的智能电网课程群在课程设置、教学安排和教材建设3个重要方面仍普遍存在一些突出问题。

1.1 课程设置问题

课程设置是课程群建设的一项核心内容，也是智能电网课程群体系建设的重要基础。目前，中国高校电气类专业的智能电网课程群的课程设置普遍存在的问题有：①课程设置与培养目标的失配性问题。目前，智能电网课程群在课程设置时具有较大的随意性、片面性和局限性，尤其不合时宜的专业培养目标严重制约了一些必要的智能电网特色专业课程的增设，进而导致智能电网专业课程设置无法实现“电气工程及其自动化专业”与“智能电网信息工程专业”等不同电气类专业方向的“宽口径、厚基础、强能力”人才培养目标。②课程设置的不规范问题。电气类专业课程不仅有众多的传统电气学科课程，还新增了较多的新兴电气学科课程、信息与通信等电气交叉学科课程等，为此中国高校电气类专业的智能电网课程群包含的课程门类广而多，且各有不同。此外，课程设置内容多为基础性理论知识，忽视了必要的深度科研理论和前沿技术成果。课程之间也缺乏相应的知识结构层次性和理论逻辑性，容易造成学生理解掌握的困惑等难题。③课程设置类型比例不合理。由于对智能电网技术及其课程群的认知不足，智能电网课程群多被设置为专业选修课而非必修课，容易导致大学生难以获取全面系统的专业核心课程知识与视野，无法达成复合型工程技术人才培养目标。

1.2 教学安排问题

课程安排是课程群建设的一项重要内容，对于提高智能电网课程群的教学质量具有至关重要的保障作用。目前，中国高校电气类专业的智能电网课程群在教学安排上仍然存在课程教学安排随意、课时相对较少、低学分设置等突出问题。究其原因，中国多数高校电气类专业课程体系是按照“通识课程模块、学科基础模块、专业基础模块、专业课程模块、实践教学模块”5个模块内容进行设置的，而且其课程教学安排也基本按照这种课程层次模式进行设计开展的。为此，智能电网课程群在电气类专业课程体系中属于专业课程模块，其课程修读类型基本都被设置为“选修”课程类型，从而导致该专业大学生读研或工作时普遍缺乏必要的智能电网专业课程理论知识。此外，按照目前高校教育教学的“学分制”模式，智能电网课程群内的绝大多数课程都被设置为“2学分”，其对应的课时也相对较少，多为32学时。由此可知，这种教学安排对于智能电网课程群的专业知识学习和复合型专业人才培养目标都是有严重不良影响的，这是因为有相当数量的大学生会根据个人学科兴趣、课程难易程度等因素随意选择这类课程，甚至还有部分大学生会因为实习实践或考研复习等特定需求而采取相对消极的专业课程学习方式，最终导致无法实现预定的专业课程教学目标和人才培养计划等不良后果。

1.3 教材建设问题

教材建设是课程群建设的重要组成部分，也是中国高校电气专业课程改革建设的实质体现和重要基础，它也在很大程度上决定了智能电网课程群建设质量的优劣。迄今，国内高校电气类专业的智能电网课程群在教材建设上普遍存在的问题如下。

教材建设与课程群建设之间出现明显的脱节现象，高水平、高质量的智能电网课程群教材仍然稀缺，难以适应不同层次的电气类不同专业方向的教学需求。目前，关于智能电网技术的教材书籍虽然种类较多，但是大多数课程教材都侧重于基础理论知识，例如智能电网内各种技术的概念、特征、体系结构与发展应用等，缺乏相应的能够系统性地介绍阐述深层次的理论技术模型、优化方法、实验仿真与技术应用等系统性理论与前沿性研究成果知识。学生对教材问题的普遍反映是专业理论概念过多和具体工程技术知识过少，难以理解和掌握智能电网专业课程理论知识，甚至认为此类课程知识内容是虚假的、不适用的，发出离现实太遥远等感叹。

课程群教材的知识构成不恰当，不同课程教材之间存在许多重复性的知识内容，其中“新能源发电技术”和“信息通信技术”的理论知识普遍被“智能电网技术”和“智能配用电技术”等多门特色专业课程同样涵盖。此外，随着国内外智能电网理论技术研究的不断进步发展，现有的一些专业课程理论知识内容存在一定程度的断层和滞后等突出问题。这些突出的课程教材建设问题都给智能电网专业课程教学带来了极大不便。课程群的教材知识要素之间关联性弱、逻辑衔接性不足，而且教材理论与实践成果之间结合不紧密，无法达到预期的教学质量和人才专业水平。

2 课程群建设改革措施

结合重庆邮电大学在“电气工程及其自动化”和“智能电网信息工程”的专业课程体系建设经验，根据新工科背景所需电气工程专业人才培养目标需求，智能电网课程群建设改革的主要任务是以课程群内涵理论[3]为指导，重点对智能电网课程群的建设思路、知识体系和教学安排3个重要方面进行创新性的改革与构建。

2.1 基于项目导向的课程群建设思路

中国高校电气类工程专业遵循了“宽口径、厚基础、重素质、强能力”的人才培养目标原则，但在课程建设上面临着“学科知识广泛且交叉融合、课程科目众多且关联、强弱电结合、工程技术性强”的复杂知识架构难题。为此，结合本校电气类工程专业的教育教学实践和人才培养成果，提出了如图1所示的一种基于项目导向的智能电网课程群建设思路，它为大学生规划了上岗就业、学术研究和创新创业3大类职业发展路径，并以此为“项目”导向，依托“电气工程及其自动化”和“智能电网信息工程”2个专业所构建的电气工程学科课程科目库，完成当前新工科背景下电气类专业的智能电网课程群建设。

图1 基于项目导向的智能电网课程群建设思路

智能电网技术的专业课程不仅是“智能电网信息工程”的特色专业方向课程，也是“电气工程及其自动化”的专业相关前沿技术课程。因此，智能电网课程群建设是以电气类本科大学生的未来职业成长路径为“项目”导向，形成包含“两个入口”“基于成才路径的多出口”等模块化的课程群建设思路，构建了满足电气工程专业本科人才培养目标的专业特色课程模块。

2.2 基于技术方向的课程群体系重构

智能电网课程群是由电气工程、传感测控技术、通信信息技术和计算机技术等多种学科交叉而形成各种不同类型技术领域的课程组合群体，主要包含有“智能电网概论”“智能电网关建技术”“微电网技术”“新能源发电并网技术”“智能配用电技术”“智能变电站”“智能电网综合监控技术”“智能电网通信技术”“智能电网信息安全”“智能电网先进传感技术”“物联网技术”“能源互联网技术”“直流输电技术”“大数据技术”等近20门专业课程。结合电气工程领域的岗位需求和新兴前沿科学技术研究成果，根据新工科建设背景要求电力科技人才须具有的各项专业领域技术素养与技能水平，提出如图2所示的一种基于技术方向的智能电网课程群体系，它包含了先进电力技术、新能源及其并网技术、先进传感测控技术和先进通信信息处理技术共4种不同的专业领域技术方向课程模块。

图2 基于技术方向的智能电网课程群体系

智能电网课程群体系应树立以“先进电网技术课程模块”为核心的课程模块关系准则，并在借鉴课程群内涵等理论的基础上，根据各个课程模块及其内部课程之间知识相关性，确定课程之间纵向衔接性和横向关联性，减少同类课程间的内容冗余或断层、知识点脱节或重复等问题，才能切实满足中国高校电气类工程专业的“宽口径、厚基础、重素质、强能力”的复合型技术工程人才培养目标。

2.3 基于新课改理念的课程群教学安排

智能电网课程群内各门课程知识都具有理论与实践结合性强、多学科技术交叉融合等典型特征，因此为了更好地实现各门专业课程教学的科学性、先进性和复合型电气人才培养目标，智能电网课程群应采用基于新课改理念的课程群教学安排，包含有链条式课程次序安排和复合式课程教学方法两部分内容。

智能电网课程群的链条式教学次序安排，是根据课程矩阵分析所得出的课程相关性进行开展，找出课程群内的先导课程、总论课程、核心课程、承接课程和前沿综合课程，再根据“电气工程及其自动化专业”和“智能电网信息工程专业”的整体课程体系结构进行相应的设置。因此，智能电网课程群的课程可以划分为：“电气工程导论”属于先导课程，“智能电网概论”作为总论课程，“智能电网关建技术”可划为核心课程，而“微电网技术”“智能电网通信技术”等专业方向课程应划分为承接课程，“物联网技术”和“能源互联网技术”应归属于承接性前沿综合课程。智能电网课程群教学安排，应采用“先导课程、总论课程、核心课程、承接课程、前沿综合课程”的次序安排原则，并将该课程群教学工作安排在连续的三四个学期进行，使学生能够科学系统地理解掌握电气工程专业的知识逻辑性、关联性和综合应用能力，具备较强的专业素质和创新精神。

智能电网课程群的复合式教学方法，应根据理论与实践结合性强、电气与信息等多学科交叉融合的特有课程教学特点，在传统的讲解式教学方法以外，还需根据课程内容灵活选取“启发式”“任务式”“项目式”和“开放式”等不同教学方式，增强学生的课堂学习积极性和主动性，达到以疑导学的目的。针对课程教学涉及的学科理论难、内容复杂、技术步骤多等特点，应采用多媒体教学方式，设计相应的课程动画进行详尽讲授，使学生正确理解掌握课程知识的内在机理和逻辑性。此外，根据课程中一些重要课题可以选择“项目专题”方式，引导学生探究性学习训练，培养学生的科研创新思维和实践应用能力。

3 结语

智能电网课程群建设是主动应对新一轮科技革命与电力工业转型发展背景下的电气工程专业课程教学体系中的重要内容与关建环节，且对于“电气工程及其自动化专业”和“智能电网信息工程专业”的本科大学生专业教育质量和人才培养目标都有非常重要的影响。因此，本文在结合重庆邮电大学电气类专业的智能电网课程群教学实践，重点分析了当前智能电网课程群普遍存在的不科学课程设置、不合理教学安排和不恰当教材建设等突出问题，并分别提出了基于项目导向的课程群建设思路、基于技术方向的课程群体系重构、基于新发展理念的课程群教学安排等智能电网课程群建设改革措施，以切实改进该课程群的教学质量和提升人才复合型知识技能水平。